NASA的費(fèi)米伽馬射線太空望遠(yuǎn)鏡和尼爾·蓋勒斯·斯威夫特天文臺發(fā)現(xiàn)的一對遠(yuǎn)距離爆炸產(chǎn)生了迄今為止從這些事件中看到的最高能量的光，稱為伽馬射線暴(GRB)。由兩個不同的地面天文臺進(jìn)行的記錄設(shè)置檢測為驅(qū)動伽馬射線爆發(fā)的機(jī)制提供了新的見解。

天文學(xué)家46年前首次認(rèn)識到GRB現(xiàn)象。爆炸平均每天大約出現(xiàn)在天空中的隨機(jī)位置。

當(dāng)一顆比太陽重得多的恒星用盡燃料時，就會發(fā)生最常見的GRB類型。它的核心塌陷并形成一個黑洞，然后該黑洞以接近光速的速度向外噴射粒子流。這些噴氣機(jī)刺穿恒星并繼續(xù)進(jìn)入太空。它們產(chǎn)生伽馬射線的初始脈沖(伽馬射線的最強(qiáng)形式)，通常持續(xù)一分鐘。

當(dāng)噴射流向外運(yùn)動時，它們與周圍的氣體相互作用，并在從無線電到伽瑪射線的整個光譜范圍內(nèi)發(fā)射光。這些所謂的余輝可以在較長波長的爆發(fā)后長達(dá)數(shù)月(甚至很少甚至數(shù)年)內(nèi)被檢測到。

“在過去的幾十年中，我們對GRB的了解大部分來自觀察低能時的余輝，”位于馬里蘭州格林貝爾特的NASA戈達(dá)德太空飛行中心的費(fèi)米項(xiàng)目科學(xué)家伊麗莎白·海斯說。“現(xiàn)在，由于有了這些新的地面探測技術(shù)，我們以全新的方式看到了來自伽馬射線爆發(fā)的伽馬射線。”

發(fā)表在《自然》雜志上的兩篇論文描述了每個發(fā)現(xiàn)。第三篇論文使用來自太空和地面天文臺的一組豐富的多波長數(shù)據(jù)分析了一個突發(fā)。被《天體物理學(xué)雜志》接受的第四篇論文更詳細(xì)地探討了費(fèi)米和斯威夫特的數(shù)據(jù)。

在2019年1月14日，美國東部時間下午4點(diǎn)之前，費(fèi)米和斯威夫特衛(wèi)星都檢測到了來自Fornax星座的伽馬射線峰值。這些任務(wù)向天文界警告了爆炸的地點(diǎn)，被稱為GRB 190114C。

接到警報(bào)的一個機(jī)構(gòu)是位于西班牙加那利群島拉帕爾瑪市的主要大氣伽馬成像切倫科夫(MAGIC)天文臺。它的兩個17米望遠(yuǎn)鏡都自動轉(zhuǎn)向衰落爆發(fā)點(diǎn)。他們發(fā)現(xiàn)GRB僅僅50秒鐘就開始觀察，并捕獲了從這些事件中看到的最活躍的伽馬射線。

可見光的能量范圍約為2至3電子伏特。2013年，費(fèi)米的大面積望遠(yuǎn)鏡(LAT)檢測到的光達(dá)到了950億電子伏特(GeV)的能量，這是爆炸時的最高能量。這僅略低于100 GeV，即所謂的超高能(VHE)伽馬射線的閾值。借助GRB 190114C，MAGIC成為了第一個報(bào)告VHE明確發(fā)射的設(shè)備，其能量高達(dá)萬億電子伏特(1 TeV)。這是費(fèi)米迄今看到的峰值能量的10倍。

“二十年前，我們專門設(shè)計(jì)了MAGIC來搜索GRB的VHE排放，因此這對我們的團(tuán)隊(duì)來說是巨大的成功，”慕尼黑馬克斯·普朗克物理研究所的科學(xué)家Razmik Mirzoyan說。 MAGIC合作。“從GRB 190114C發(fā)現(xiàn)的TeV伽瑪射線表明，這些爆炸比以前想象的還要強(qiáng)大。更重要的是，我們的探測促進(jìn)了涉及二十多個天文臺的廣泛跟蹤活動，為工作中的物理過程提供了重要線索在GRB中。”

這些包括除了費(fèi)米和斯威夫特外，還有NASA的NuSTAR任務(wù)，歐洲航天局的XMM-牛頓X射線衛(wèi)星，NASA / ESA哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，以及許多地面觀測站。在2月和3月獲得的哈勃影像捕獲了爆炸的光學(xué)余輝。他們表明，爆炸起源于約45億光年以外的螺旋星系。這意味著當(dāng)宇宙只有其當(dāng)前年齡的三分之二時，來自GRB的光線就開始向我們傳播。

第三篇論文介紹了另一個爆炸的觀測結(jié)果，費(fèi)米和斯威夫特都在2018年7月20日發(fā)現(xiàn)了它們。在發(fā)出警報(bào)十小時后，高能立體觀測系統(tǒng)(HESS)將其28米大的伽馬射線望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)了該地點(diǎn)。稱為GRB 180720B。事件發(fā)生后的幾周內(nèi)進(jìn)行了仔細(xì)分析，結(jié)果表明，HESS清楚地檢測出能量高達(dá)440 GeV的VHE伽馬射線。更加引人注目的是，在觀察開始后，輝光持續(xù)了兩個小時。在GRB被發(fā)現(xiàn)后很長時間捕獲這種排放物既是一個驚喜，也是一個重要的新發(fā)現(xiàn)。